[发明专利]基于大脑血红蛋白信息的大脑功能状态评价装置

权利要求书

1.一种大脑功能状态评价装置，其特征在于，包括：

大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部，所述大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部获取任务阶段中的脑卒中患者的大脑含氧血红蛋白浓度，其中，在所述任务阶段中，脑卒中患者按照指令完成指鼻和跟膝胫任务，所述大脑含氧血红蛋白浓度变化数据通过应用近红外光谱脑成像技术获取；

脑功能网络构建部，所述脑功能网络构建部针对所述大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部获取的脑皮层血红蛋白浓度，以含氧血红蛋白作为分析参数估计大脑功能性连接，并以此构建脑功能网络；

典型特征获取部，所述典型特征获取部计算所述脑功能网络构建部构建的脑功能网络的网络拓扑参数，结合各脑区间的小波相干系数作为原始特征空间，采用过滤式和协同包裹式的特征选择方法，对原始特征空间进行筛选，获取最终典型特征；以及

评估模型建立部，所述评估模型建立部采用支持向量回归机的机器学习算法，对所述典型特征获取部获取的最终典型特征进行拟合，建立脑卒中患者康复水平的评估模型；

在“脑卒中患者按照指令完成指鼻和跟膝胫任务”中，上肢执行指鼻动作任务，下肢执行跟膝胫动作任务，无论上下肢，健患侧各执行相应任务4遍，两次任务之间的休息时间为30秒；

在“所述脑功能网络构建部针对所述大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部获取的脑皮层血红蛋白浓度，以含氧血红蛋白作为分析参数估计大脑功能性连接，并以此构建脑功能网络”中，评估大脑功能连接时，采用小波相干一致性的分析方法，计算各大脑功能区间的相干性，以相干系数评估大脑功能性连接；

具体地，预处理时，采用数学形态学滤波的方法，进行原始信号的基线校正，再采用滑动平均平滑法；

定义输入序列f(n)和结构元素k(m)；

定义腐蚀运算：

定义膨胀运算：

定义形态开运算：

定义形态闭运算：

基线校正后信号f_校：

其中f₀为原始信号；

再对f_校信号进行平滑，得到预处理后的信号f_preprocess：

f_preprocess＝smooth(f_校)

其中smooth(·)是滑动平均算子；

评估大脑功能连接时，采用小波相干一致性的方法，计算中心频率0.04Hz处的各大脑功能区间的相干性，以相干性值来评估大脑功能性连接；

定义Morlet小波：

定义连续小波变换：

对x_n做离散傅里叶变换，根据卷积理论，可得：

其中角频率定义如下：

定义在时间上的平滑操作S_time：

定义在尺度上的平滑操作S_scale：

定义平滑器：

S(W)＝S_scale(S_time(W_n(s)))

定义交叉谱：

小波相干系数：

在“所述脑功能网络构建部针对所述大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部获取的脑皮层血红蛋白浓度，以含氧血红蛋白作为分析参数估计大脑功能性连接，并以此构建脑功能网络”中，构建脑功能网络时，计算功能网络的网络参数，所述网络参数包括平均节点度、网络密度和集群系数；

在“典型特征获取部，所述典型特征获取部计算所述脑功能网络构建部构建的脑功能网络的网络拓扑参数，结合各脑区间的小波相干系数作为原始特征空间，采用过滤式和协同包裹式的特征选择方法，对原始特征空间进行筛选，获取最终典型特征”中，分别对比不同脑区间的网络参数，计算各个脑区间网络参数的数字特征值，所述数字特征值包括协方差、均方误差和均值；基于“在“所述脑功能网络构建部针对所述大脑含氧血红蛋白浓度变化获取部获取的脑皮层血红蛋白浓度，以含氧血红蛋白作为分析参数估计大脑功能性连接，并以此构建脑功能网络”中，评估大脑功能连接时，采用小波相干一致性的分析方法，计算各大脑功能区间的相干性，以相干系数评估大脑功能性连接”中计算所得的各个脑区间相干系数，计算相应的均值、方差和变异系数；将网络参数和相干系数结合作为特征空间；

在“典型特征获取部，所述典型特征获取部计算所述脑功能网络构建部构建的脑功能网络的网络拓扑参数，结合各脑区间的小波相干系数作为原始特征空间，采用过滤式和协同包裹式的特征选择方法，对原始特征空间进行筛选，获取最终典型特征”中，在采用特征选择方法对原始特征空间进行筛选时，首先采用过滤式的特征选择方法，对特征空间进行初步筛选；其次，进一步采用包裹式的特征选择方法，从初步特征中挑选出典型特征作为最终特征；

所述过滤式的特征选择方法是相关系数法；

所述包裹式的特征选择方法是遗传算法。